Welches Boot kann am meisten Gewicht tragen?

• Aluminiumfolie
• Schere oder Cutter
• 1 DIN A4-Blatt Papier
• Wanne oder großer Behälter
• Wasser
• Mindestens 100 kleine Murmeln (alternativ Münzen, Schraubmuttern oder sonstiges Material, das als einheitliches Gewicht dient)
• Lappen und/oder Handtücher

• Für eine Science-Challenge braucht man mindestens zwei Gruppen (oder Personen), die sich gegenseitig überbieten wollen.
• Jede Gruppe/Person erhält ein A4-Blatt Alufolie (das mithilfe von einem DIN A4-Blatt Druckerpapier und einer Schere oder Cutter zurechtgeschnitten werden kann).
• Befüllt außerdem eine Wanne oder einen großen Behälter mit Wasser.
• Haltet Murmeln (oder anderes einheitliches Material) und eventuell einen Lappen oder Handtuch für den Test bereit.

Diese Challenge ist ungefährlich.

• Um dich als Lehrperson mit dem Ablauf und dem Material vertraut zu machen, empfehlen wir, dass du die Aufgabe im Vorfeld einmal selbst ausprobierst.
• Für die Teammitglieder sind keine besonderen Vorkenntnisse nötig, aber Erfahrungen mit Sinken oder Schwimmen können hilfreich sein. Hierfür kann unsere Einheit: „Welche Materialien schwimmen auf Wasser?“ im Vorfeld durchgeführt werden.
• Benutzt recyceltes Aluminiumpapier und entsorgt das benutzte Aluminiumpapier danach ebenfalls wieder im Recycling, sofern möglich.
• In unseren Versuchen lag der Rekord an kleinen Glasmurmeln, die ein Boot tragen kann, bei etwa 200. Für die meisten Versuche sollten aber 50-100 kleine Glasmurmeln reichen.
• Bei den Tests werden die Kinder nasse Hände/Arme bekommen. Halte Lappen oder Handtücher bereit, um sie abzutrocknen.
• Möchtest du die Kinder die Challenge dokumentieren lassen? Am Ende dieses Artikels (über der Infobox) findest Du ein Forschertagebuch (PDF mit zwei A4 Seiten), welches die Kinder hierfür nutzen können.

Habt ihr weitere praktische Tipps, könnt ihr uns hier kontaktieren.

Materialien, die leichter sind als ein gleich großes Volumen Wasser, schwimmen. Materialien, die schwerer sind als ein gleich großes Volumen Wasser, schwimmen nicht. Gegenstände, die nicht vollständig ausgefüllt sind, die also wie z. B. eine Nuss oder ein Schnapsglas einen Hohlkörper besitzen, können aber wegen ihrer speziellen Form auch schwimmen.

Nach demselben Prinzip schwimmen Boote. Boote verdrängen durch ihr Gewicht Wasser. Dadurch dass sich nun Luft (im Hohlkörper des Boots) an der Stelle befindet, wo vorher Wasser war, wird das Boot vom Wasser nach oben gedrückt. Das liegt an der sogenannten Auftriebskraft. Im Wasser zieht das Gewicht eines Gegenstandes diesen nach unten. Die Auftriebskraft drückt ihn nach oben. Da jeder Gegenstand im Wasser eine Auftriebskraft hat, wirken Gegenstände unter Wasser leichter. Das merkst Du auch beim Schwimmen, oder wenn Du aus dem Wasser steigst. Dein Körper fühlt sich im Wasser viel leichter an. Wenn Du aus dem Wasser kommst, oder das Wasser aus der Badewanne lässt, während Du noch drin liegst, fühlst Du wieder die volle Gewichtskraft. Wenn die Gewichtskraft größer ist als die Auftriebskraft, sinkt ein Gegenstand. Wenn die Auftriebskraft größer ist als die Gewichtskraft, schwimmt ein Gegenstand.

Anders als das Gewicht eines Gegenstandes ist die Auftriebskraft auch von der Form des Gegenstandes abhängig. Gegenstände, die nicht vollständig ausgefüllt sind und einen Hohlkörper haben, wie eine Nuss oder ein kleines Glas, haben eine andere Auftriebskraft als massive Gegenstände, also Gegenstände, die vollständig aus einem Material sind. Im Wasser verhalten sich alle Gegenstände mit einem Hohlkörper wie Boote (z. B. eine leere aber geschlossene Glasflasche, oder ein Eimer, der noch nicht voll Wasser gelaufen ist). Entscheidend für das Sinkverhalten ist, wieviel Wasser das ‚Boot‘ verdrängen kann. Die Auftriebskraft eines bootsartigen Gegenstandes entspricht der Gewichtskraft der Menge des Wassers, das er verdrängt. Diese Regel wird ‚Archimedisches Prinzip‘ genannt und wurde vor über 2000 Jahren von dem griechischen Mathematiker Archimedes von Syrakus formuliert.

Nach Archimedes ist der statische Auftrieb eines Körpers in einem Medium (z. B. Wasser) genauso groß wie die Gewichtskraft des vom Körper verdrängten Mediums. Ein leere Glasflasche hat durch die Luft in ihrem Inneren eine größere Auftriebskraft als Gewichtskraft – sie schwimmt. Eine volle Glasflasche hat eine größere Gewichtskraft als Auftriebskraft und sinkt. Man kann auch versuchen, eine Glasflasche so viel mit Wasser zu befüllen, dass sie genau an der Oberfläche ‚schwebt‘ – dann ist ihre Auftriebskraft genauso groß wie ihre Gewichtskraft.

Boot 2.0: Mit welchen Materialien könntet ihr die Boote verbessern, damit sie stabiler und/oder dichter sind? Biete den Kindern verschiedene Materialien an und lasse sie ausprobieren, z. B. Klebeband, Wachsmalstifte, Knete, Holzstäbchen.

Rennboot: Wie müsste ein Boot geformt sein, damit es besonders schnell durchs Wasser gleitet? Zeichnet gemeinsam einen Entwurf eines Rennboots und wenn möglich, baut und testet es!